溫度檢測(cè)與儀表

1、第二章 溫度檢測(cè)與儀表,第一節(jié) 溫標(biāo)及測(cè)溫方法 第二節(jié) 熱電偶溫度計(jì)第三節(jié) 電阻溫度計(jì)第四節(jié) 輻射溫度計(jì) 第五節(jié) 測(cè)溫儀表的選擇及安裝 第六節(jié) 新型溫度傳感器 第七節(jié) 工業(yè)特殊測(cè)溫技術(shù),第一節(jié)溫標(biāo)及測(cè)溫方法,一、溫標(biāo) 溫度的數(shù)值表示稱為溫標(biāo)。它利用一些物質(zhì)的“相平衡溫度”作為固定點(diǎn)刻在“標(biāo)尺”上，而固定點(diǎn)中間的溫度值則是利用一種函數(shù)關(guān)系(內(nèi)插函數(shù)或稱為內(nèi)插方程)來描述。各類溫度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。溫標(biāo)三要素：溫度計(jì)、

2、固定點(diǎn)和內(nèi)插方程。溫標(biāo)不是溫度標(biāo)準(zhǔn)(Temperature Standard)，而是溫度標(biāo)尺(Temperature Scale)的簡(jiǎn)稱。國(guó)際上規(guī)定的溫標(biāo)有很多種，最常用的是華氏溫標(biāo)(美國(guó))、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)等。,幾種溫標(biāo)間的換算關(guān)系,攝氏度=5(華氏度-32)/9攝氏度=開氏度-273.15攝氏度=5蘭氏度/9-273.15攝氏度=1.25列氏度====================華氏度= 1.8攝氏度+32

3、華氏度= 1.8開氏度-459.67華氏度=蘭氏度-459.67華氏度=2.25列氏度+32====================開氏度=攝氏度+273.15開氏度= 1.25列氏度+273.15開氏度= 5(華氏度-32)/9 +273.15開氏度= 5蘭氏度/9,熱力學(xué)溫標(biāo)/開氏溫標(biāo)/絕對(duì)溫標(biāo)(K),熱力學(xué)溫標(biāo)是建立在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上的最科學(xué)的溫標(biāo)，是由開爾文(Kelvin)根據(jù)熱力學(xué)定律提出來的，因此又稱開氏溫

4、標(biāo)，其起點(diǎn)為絕對(duì)零度，故又稱絕對(duì)溫標(biāo)。它的符號(hào)是T，單位是開爾文(K)。,威廉·湯姆遜·開爾文勛爵像,國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)(IPTS-90/ITS-90),國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)(international practical temperature scale)也稱國(guó)際溫標(biāo)，是一種國(guó)際協(xié)議性溫標(biāo)，它與熱力學(xué)溫標(biāo)接近，且復(fù)現(xiàn)精度高，使用方便。國(guó)際計(jì)量委員會(huì)第18界國(guó)際計(jì)量大會(huì)(CGPM)第七號(hào)決議，授權(quán)予1989年會(huì)議通過“1990國(guó)

5、際溫標(biāo)ITS-90”，并從1990年1月1日開始在全世界范圍內(nèi)采用【我國(guó)1994.1.1開始全面實(shí)施】。它定義了一系列溫度的固定點(diǎn)，測(cè)量和重現(xiàn)這些固定點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)儀器以及計(jì)算公式，例如水的三相點(diǎn)為273.16K(0.01?C)等。,二、測(cè)溫方法及分類,測(cè)溫方法很多種，可分為：按測(cè)量方法可分為接觸式和非接觸式；按工作原理可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等；按輸出方式分，有自發(fā)電型、非電測(cè)型等；按用途分，有基準(zhǔn)溫度計(jì)和工業(yè)溫度計(jì)。,

6、應(yīng)用熱膨脹原理測(cè)溫,測(cè)量原理,物體受熱時(shí)產(chǎn)生膨脹,液體膨脹式溫度計(jì),固體膨脹式溫度計(jì),玻璃管溫度計(jì),雙金屬溫度計(jì),體積熱膨脹式,不需要電源，耐用；但感溫部件體積較大。,,氣體的體積與熱力學(xué)溫度成正比,,,,接觸式：測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象接觸，依靠傳熱和對(duì)流進(jìn)行熱交換。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)溫精度較高。缺點(diǎn)：由于測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象必須經(jīng)過充分的熱交換且達(dá)到平衡后才能測(cè)量，這樣容易破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)，同時(shí)帶來測(cè)溫過程的延遲現(xiàn)象，不適于測(cè)

7、量熱容量小的對(duì)象、極高溫的對(duì)象、處于運(yùn)動(dòng)中的對(duì)象。不適于直接對(duì)腐蝕性介質(zhì)測(cè)量。,非接觸式：測(cè)溫元件不與被測(cè)對(duì)象接觸，而是通過熱輻射進(jìn)行熱交換，或測(cè)溫元件接收被測(cè)對(duì)象的部分熱輻射能，由熱輻射能大小推出被測(cè)對(duì)象的溫度。優(yōu)點(diǎn)：從原理上講測(cè)量范圍從超低溫到極高溫，不破壞被測(cè)對(duì)象溫度場(chǎng)。非接觸式測(cè)溫響應(yīng)快，對(duì)被測(cè)對(duì)象干擾小，可用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)的被測(cè)對(duì)象和有強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)腐蝕的場(chǎng)合。缺點(diǎn)：容易受到外界因素的干擾，測(cè)量誤差較大，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格比較昂

8、貴。,第二節(jié) 熱電偶溫度計(jì),熱電偶是目前溫度測(cè)量中使用最普遍的傳感元件之一。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小等特點(diǎn)，輸出信號(hào)為電信號(hào)便于遠(yuǎn)傳或信號(hào)轉(zhuǎn)換。熱電偶可用來測(cè)量流體、固體以及固體壁面的溫度，微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度的測(cè)量。,賽貝克實(shí)驗(yàn)與賽貝克效應(yīng)(熱電效應(yīng)),1821年，德國(guó)物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個(gè)接觸點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如果用兩盞酒精燈對(duì)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)

9、同時(shí)加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減小。【結(jié)論】指南針的偏轉(zhuǎn)說明：不同金屬組成閉合回路時(shí)，回路中有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生并有電流在回路中流動(dòng)，電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)。,一、熱電偶測(cè)溫原理,熱電偶溫度計(jì)是根據(jù)熱電效應(yīng)工作的。當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料A和B組成閉合回路(如下圖)，如果兩個(gè)結(jié)合點(diǎn)處的溫度不相等，則回路中就會(huì)有電流產(chǎn)生。也就是回路中會(huì)有電動(dòng)勢(shì)存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)，該效應(yīng)首先由賽貝克發(fā)現(xiàn)，故也稱賽貝克效應(yīng)。,回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)

10、，叫熱電勢(shì)。熱電勢(shì)由兩部分組成，即溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。,熱電偶原理圖,T,T0,A,B,冷端,熱端,自由端,工作端,熱電偶有關(guān)術(shù)語(yǔ),兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料A和B組成閉合回路，如果兩個(gè)結(jié)合點(diǎn)處的溫度不相等，則該回路中就會(huì)有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，稱該現(xiàn)象為熱電效應(yīng)?；芈分兴a(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。稱導(dǎo)體A,B為熱電極。其中一個(gè)接點(diǎn)通常是焊接在一起被置于測(cè)溫場(chǎng)感受被測(cè)溫度，稱為測(cè)量端、熱端或工作端；而另一個(gè)接點(diǎn)遠(yuǎn)離測(cè)量端，且要求溫度恒定，稱為

11、自由端、冷端或參比端。,(一)接觸電勢(shì),電子密度不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料相互接觸時(shí)，在其接點(diǎn)處產(chǎn)生電勢(shì)，該電勢(shì)主要取決于兩種材料的性質(zhì)和接觸面溫度的高低：,式中 NA(T)和NB(T) — 材料A和B在溫度T時(shí)的電子密度； e —單位電荷，4.802×10-10絕對(duì)靜電單位； K —波爾茲曼常數(shù)，1.38×

12、;10-23J/℃； T —材料溫度，K。,NA>NB,(二)溫差電勢(shì),由于兩端溫度不同，在導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料兩端產(chǎn)生電勢(shì)，溫差電勢(shì)的方向是由低溫端指向高溫端，其大小與材料兩端溫度和材料性質(zhì)有關(guān) ：,式中 N—材料的電子密度，是溫度的函數(shù)； T,T0—材料兩端的溫度； t—沿材料長(zhǎng)度方向的溫度分布。,,E(T,T0),(三)熱電偶閉合回路的

13、總熱電動(dòng)勢(shì),閉合回路總熱電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)的代數(shù)和，即 ：,結(jié)論：(1)只有用兩種不同性質(zhì)的材料才能組成熱電偶，且兩端溫度必須不同；(2)熱電勢(shì)的大小，只與組成熱電偶的材料和材料兩端連接點(diǎn)處的溫度有關(guān)，與熱電偶絲的大小尺寸及沿程溫度分布無關(guān)。,二、 熱電偶的基本定律(性質(zhì)),(一)均質(zhì)材料定律 由一種均質(zhì)材料組成的閉合回路，不論沿材料長(zhǎng)度方向各處溫度如何分布，回路中均不產(chǎn)生熱電勢(shì)。它要求組成熱電偶的兩種材料A 和B必須

14、各自都是均質(zhì)的，否則會(huì)由于沿?zé)犭娕奸L(zhǎng)度方向存在溫度梯度而產(chǎn)生附加熱電勢(shì)，引入不均勻性誤差。因此在進(jìn)行精密測(cè)量時(shí)要盡可能對(duì)電極材料進(jìn)行均勻性檢查和退火處理。該定律是同名極法檢定熱電偶的理論根據(jù)。,(二)中間導(dǎo)體定律,在熱電偶測(cè)溫回路中插入第三種(或多種)導(dǎo)體(如圖中導(dǎo)體C)，只要其兩端溫度相同，則熱電偶回路的總熱電勢(shì)與串聯(lián)的中間導(dǎo)體無關(guān)【證明請(qǐng)參考教材2.2.2.2節(jié)】。應(yīng)用：金屬熔體溫度與金屬表面溫度測(cè)量。,(三)中間溫度定律,在熱

15、電偶測(cè)溫回路中，測(cè)量端的溫度為T，連接導(dǎo)線各端點(diǎn)的溫度分別為Tn和T0(見圖)，如A與A’，B與B’的熱電性質(zhì)相同，則總的熱電動(dòng)勢(shì)等于熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T,Tn)與連接導(dǎo)線的熱電動(dòng)勢(shì)EA’ B’ (Tn ,T0)的代數(shù)和，其中Tn為中間溫度，即 EABB’A’(T,Tn,T0)= EAB(T,Tn)+ EA’B’ (Tn,T0) = EAB(T,Tn)+ EAB (

16、Tn,T0),中間導(dǎo)體定律和中間溫度定律是工業(yè)熱電偶測(cè)溫中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線的理論依據(jù)。,(四)參考電極定律,兩種導(dǎo)體A，B分別與參考電極C(標(biāo)準(zhǔn)電極)組成熱電偶(如圖)，如果它們所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)為已知，那么，A與B兩熱電極配對(duì)后的熱電動(dòng)勢(shì)可按下式求得：EAB(t,t0)= EAC(t,t0)+ ECB(t,t0),人們多采用高純鉑絲作為參考電極，這樣可大大簡(jiǎn)化熱電偶的選配工作。,三、熱電偶結(jié)構(gòu),典型工業(yè)用熱電偶結(jié)構(gòu)如圖所示。它一般由熱電極

17、、絕緣套管、保護(hù)管和接線盒組成。普通型熱電偶按其安裝時(shí)的連接形式可分為固定螺紋連接、固定法蘭連接、活動(dòng)法蘭連接、無固定裝置等多種形式。,熱 電 極：一般金屬φ0.5~3.2mm，昂貴金屬φ0.3~0.6mm，長(zhǎng)度與被測(cè)物有關(guān)，一般在300~2000mm，通常在350mm左右。絕 緣 管：隔離熱電偶與被測(cè)物，一般在室溫下要5MΩ以上。保護(hù)套管：避免受被測(cè)介質(zhì)的化學(xué)腐蝕或機(jī)械損傷。接 線 盒：固定接線座，連接補(bǔ)償導(dǎo)線。,熱電極材料要求

18、,(1) 應(yīng)輸出較大的熱電勢(shì)，以得到較高的靈敏度，且要求熱電勢(shì)E(t)和溫度t之間盡可能地呈線性函數(shù)關(guān)系；(2) 能應(yīng)用于較寬的溫度范圍，物理化學(xué)性能、熱電特性都較穩(wěn)定。即要求有較好的耐熱性、抗氧性、抗還原、抗腐蝕等性能；(3) 要求熱電偶材料有較高的導(dǎo)電率和較低的電阻溫度系數(shù)；(4) 具有較好的工藝性能，便于成批生產(chǎn)。具有滿意的復(fù)現(xiàn)性，便于采用統(tǒng)一的分度表。,普通裝配型熱電偶的外形,安裝螺紋,,安裝法蘭,,普通裝配型熱電偶結(jié)構(gòu),

19、接線盒,,引出線套管,,固定螺紋 (出廠時(shí)用塑料包裹),熱電偶工作端(熱端),,,不銹鋼保護(hù)管,,四、熱電偶的分類,(一)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶 國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)推薦的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶為八種(目前我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一)： B 、R、S、K、N、E、J、T 。S、R、B三種熱電偶均由鉑和鉑銠合金制成，稱貴金屬熱電偶。K、N、T、E、J五種熱電偶，是由鎳、鉻、硅、銅、鋁、錳、鎂、鈷等金屬的合金制成，稱為廉價(jià)金屬熱電偶。工業(yè)

20、用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶基本性能見表2-1。,表2-1 工業(yè)用熱電偶測(cè)溫范圍,(二)非標(biāo)準(zhǔn)化(特殊)熱電偶,1、鎧裝熱電偶結(jié)構(gòu)：將熱電偶絲用無機(jī)物絕緣及金屬套管封裝，壓實(shí)成可撓的堅(jiān)實(shí)組合體(如圖)。特性：慣性??；撓性、機(jī)械強(qiáng)度及耐壓性能好。適用場(chǎng)合：可用于快速測(cè)溫或熱容量很小的物體的測(cè)溫部位，結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)可耐強(qiáng)烈的振動(dòng)和沖擊，還可用于高壓設(shè)備上測(cè)溫。,1-金屬套管；2-絕緣材料；3-熱電極,鎧裝型熱電偶外形,法蘭,,鎧裝型熱電偶可 長(zhǎng)達(dá)上百

21、米,薄壁金屬 保護(hù)套管(鎧體),B,A,絕緣 材料,,,鎧裝型熱電偶橫截面,,2、快速微型熱電偶,特性：測(cè)溫元件小，響應(yīng)速度快，無需定期維修，準(zhǔn)確度較高；適用場(chǎng)合：高溫熔體(鋼水、鐵液等金屬熔體)的溫度測(cè)量。目前我國(guó)有兩類快速熱電偶，即快速鉑銠熱電偶與快速鎢錸熱電偶。,1-外保護(hù)帽；2-U形石英管；3-外紙管；4-絕熱水泥；5-熱電偶自由端；6-棉花；7-絕熱紙管；8-小紙管；9-補(bǔ)償導(dǎo)線；10-塑料插件,3、薄膜式熱電偶,結(jié)構(gòu)特

22、點(diǎn)：采用真空蒸鍍或化學(xué)涂層等制造工藝將兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣基板上，形成薄膜狀熱電偶，其熱端接點(diǎn)極薄，約0.01~0.1µm。適用場(chǎng)合：適于壁面溫度≤300℃的快速測(cè)量。,1-熱電極；2-工作端；3-絕緣基板；4-引出線,4、鎢錸系熱電偶,鎢錸熱電偶是最成功的難熔金屬熱電偶，可以測(cè)到2400~2800℃高溫。它的特點(diǎn)是在高溫下易氧化，只能用于真空和惰性氣氛中。熱電勢(shì)率大約為S型的2倍，在2000℃時(shí)的熱電勢(shì)接近30mV

23、，價(jià)格僅為S型的1/10。WRe熱電偶已成為冶金、材料、航天、航空及核能等行業(yè)中重要的測(cè)溫工具。,五、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償,為什么要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償?(1)根據(jù)熱電偶測(cè)溫原理【E(t,t0)＝f(t)－f(t0)】，只有當(dāng)參比端溫度t0穩(wěn)定不變且已知時(shí)，才能得到熱電勢(shì)E和被測(cè)溫度t的單值函數(shù)關(guān)系。(2)實(shí)際使用的熱電偶分度表中熱電勢(shì)和溫度的對(duì)應(yīng)值是以t0=0℃為基礎(chǔ)的，但在實(shí)際測(cè)溫中由于環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)條件等原因，參比端溫度t0往往不穩(wěn)

24、定，也不一定恰好等于0℃，因此需要對(duì)熱電偶冷端溫度進(jìn)行處理。常用的冷端補(bǔ)償方法有如下幾種。,(一)零度恒溫法(冰浴法),這是一種精度最高的處理方法，可以使t0穩(wěn)定地維持在0℃。將碎冰和純水的混合物放在保溫瓶中，再把細(xì)玻璃試管插入冰水混合物中，在試管底部注入適量的油類或水銀，熱電偶的參比端就插到試管底部，滿足t0=0℃的要求。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mV,,,,A’B’,T,儀表,銅導(dǎo)線,試管,補(bǔ)償導(dǎo)線

25、,熱電偶,冰點(diǎn)槽,冰水溶液,,,,,,,,,AB,(二)計(jì)算修正法,原理：在沒有條件實(shí)現(xiàn)冰點(diǎn)法時(shí)，可以設(shè)法把參比端置于已知的恒溫條件，得到穩(wěn)定的t0，故可根據(jù)分度表查得E(t0,0)；根據(jù)中間溫度定律公式計(jì)算得到E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)。然后根據(jù)所測(cè)得的熱電勢(shì)E(t,t0)和查到的E(t0,0)二者之和再去查熱電偶分度表，即可得到被測(cè)量的實(shí)際溫度t。,例1：用銅-康銅熱電偶測(cè)某一溫度t，參比端在室溫環(huán)境tn中，測(cè)得

26、熱電動(dòng)勢(shì)E(t,tn)=1.999mV，又用室溫計(jì)測(cè)出tn=21℃，求實(shí)際溫度t。解：查T分度號(hào)表得E(21,0)=0.830mV，故：E(t,0)= E(t,21)+E(21,0) =1.999+0.830=2.829(mV)再次查分度表，得實(shí)際溫度t=68℃。注意：分度表中68℃對(duì)應(yīng)2.820mV，69℃時(shí)的熱電勢(shì)為 2.864mV，實(shí)際溫度應(yīng)采用插值法計(jì)算出來。,(三)冷端補(bǔ)償器法,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：R1=R2

27、=R3=1Ω，采用錳銅絲無感繞制，其電阻溫度系數(shù)趨于零。R4用銅絲無感繞制，其電阻溫度系數(shù)約為4.3×10-3℃-1，當(dāng)溫度為0℃時(shí)R4=1Ω，R1-4組成不平衡電橋(補(bǔ)償器)。儀表輸入端電壓為熱電勢(shì)EAB(t,t0)與電橋不平衡電勢(shì)Uba之和，即 E＝E(t,t0)+Uba。,冷端補(bǔ)償器補(bǔ)償原理,補(bǔ)償原理：不平衡電動(dòng)勢(shì)Uba補(bǔ)償(抵消)熱電偶因冷端溫度波動(dòng)引起的誤差。過程如下：,t0?,E(t,t0)?,R4?,,Ua?,,

28、Uba?,,,只要冷端補(bǔ)償器電路設(shè)計(jì)合理，使Uba的增加值恰等于E(t,t0)的減少量，那么指示儀表所測(cè)得的總電勢(shì)E＝E(t,t0)+Uba將不隨t0而變，相當(dāng)于熱電偶參比端自動(dòng)處于0℃。,,,,E=E(t,t0)?+ Uba?,(四)補(bǔ)償導(dǎo)線法,補(bǔ)償導(dǎo)線是在一定溫度范圍內(nèi)(包括常溫)具有與所匹配的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)的標(biāo)稱值相同的一對(duì)帶有絕緣層的導(dǎo)線。用它們連接熱電偶與測(cè)量裝置，從而可將熱電偶的參比端移到離被測(cè)介質(zhì)較遠(yuǎn)且溫度比較穩(wěn)定的場(chǎng)合

29、，以免參比端溫度受到被測(cè)介質(zhì)的熱干擾。,t0’變化頻繁t0較為穩(wěn)定,1、補(bǔ)償導(dǎo)線類型,(1)按結(jié)構(gòu)可分為普通型和帶屏蔽層型；(2)按補(bǔ)償原理分為補(bǔ)償型及延伸型兩種；(3)按使用溫度可分為一般用(0～100℃)和耐熱用(0～150℃)；(4)按精度可分為普通級(jí)與精密級(jí)。,2、補(bǔ)償導(dǎo)線作用,(1)用廉價(jià)的補(bǔ)償導(dǎo)線作為貴金屬熱電偶的延長(zhǎng)導(dǎo)線，以節(jié)約貴金屬熱電偶；(2)將熱電偶的參比端遷移至離被側(cè)對(duì)象較遠(yuǎn)且環(huán)境溫度較恒定的地方，有利于

30、參比端溫度的修正和測(cè)量誤差的減少；(3)用粗直徑和導(dǎo)電系數(shù)大的補(bǔ)償導(dǎo)線作為熱電偶的延長(zhǎng)線，可減小熱電偶回路電阻，以利于動(dòng)圈式儀表的正常工作。,3、補(bǔ)償導(dǎo)線的使用,(1)各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶用； (2)使用時(shí)必須各級(jí)相連，切勿將其極性接反；(3)熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線連接點(diǎn)的溫度不能超過規(guī)定的使用溫度范圍，規(guī)定為0~100℃及 0~150℃兩種。,(五)儀表機(jī)械調(diào)零法(現(xiàn)場(chǎng)近似法),在不需精確測(cè)量的前提下，且熱電

31、偶冷端溫度較為穩(wěn)定，可將顯示儀表的機(jī)械零點(diǎn)先調(diào)整到t0℃(按溫度刻度)或者毫伏E(t0,0)(按毫伏刻度)，從而實(shí)現(xiàn)近似補(bǔ)償，參見下圖。該法常見于動(dòng)圈式儀表中。,指針被預(yù)調(diào)到冷端溫度(40 ?C ),六、熱電偶測(cè)溫線路,(一)單點(diǎn)測(cè)溫基本線路,5,3,2,1,,1—熱電偶；2—補(bǔ)償導(dǎo)線；3—銅導(dǎo)線；4—溫度補(bǔ)償電橋；5—顯示儀表,,,,,,,,,,,,,,,4,(二)多點(diǎn)測(cè)溫基本線路,1—工作端熱電偶； 2—工作端補(bǔ)償導(dǎo)線；

32、 3—接線板； 4—銅導(dǎo)線； 5—切換開關(guān)； 6—數(shù)字顯示儀； 7—參比端補(bǔ)償導(dǎo)線； 8—參比端熱電偶,(三)兩點(diǎn)溫度差的測(cè)量,若熱電動(dòng)勢(shì)E與溫度T呈線性關(guān)系，則t=T1-T2。,t,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,B,A,A,B,A’,A’,B’,E=E1－E2,E1,E2,T1,T2,(四)多點(diǎn)平均溫度的測(cè)量,t,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

33、,,,,三個(gè)熱電偶工作在線性區(qū)時(shí)代表著平均溫度。每個(gè)熱電偶需串聯(lián)較大電阻，且分度與單個(gè)熱電偶一樣。某一熱電偶?jí)牧瞬灰准皶r(shí)發(fā)現(xiàn)。,B,A,B,A,B,A,T1,T2,T3,(五)多點(diǎn)溫度和測(cè)量,t,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,三個(gè)熱電偶工作在線性區(qū)時(shí)代表著多點(diǎn)溫度之和。任一熱電偶燒壞都可立即知道，且可得到較大的電動(dòng)勢(shì)。每一熱電偶引出的補(bǔ)償導(dǎo)線必須接到儀表的冷端處。,B,A,B,A,

34、B,A,T1,T2,T3,第三節(jié)電阻溫度計(jì),一、熱電阻測(cè)溫原理 電阻溫度計(jì)工作原理就是當(dāng)溫度變化時(shí)，感溫元件的電阻值隨溫度而變化，將變化的電阻值作為電信號(hào)輸入顯示儀表，通過測(cè)量電路的轉(zhuǎn)換，在儀表上顯示出溫度的變化值。(一)鉑熱電阻 采用高純度鉑絲繞制成。具有測(cè)溫精度高、性能穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、抗氧化性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是低溫測(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)儀器。,繞制鉑電阻感溫元件的鉑絲純度是決定溫度計(jì)精度的關(guān)鍵：(1)鉑絲純度愈高其穩(wěn)定性、復(fù)現(xiàn)性越好、測(cè)溫

35、精度也愈高；(2)鉑絲純度常用R100/R0表示，R100和R0分別表示100℃和0℃條件下的電阻值。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，規(guī)定R100/R0 > 1.3925；對(duì)于工業(yè)用鉑電阻溫度計(jì)，根據(jù)ITS-90，R100/R0=1.3851~1.3925。,鉑電阻的電阻-溫度關(guān)系,-200℃≤t≤0℃: Rt= R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3] 0℃≤t≤850℃: Rt= R0 [1+At+Bt2]

36、 當(dāng)R100/R0=1.3851時(shí)，A=3.9083×10-3(℃-1); B=-5.775×10-7(℃-2); C=-4.183×10-12(℃-4) 鉑電阻的分度號(hào)及允許誤差表,(二)銅熱電阻,在準(zhǔn)確度要求不高，且溫度較低的場(chǎng)合，可采用銅電阻測(cè)溫。測(cè)溫范圍為-50~150℃，分度號(hào)為Cu50和Cu100，在0℃時(shí)R0的阻值分別為50Ω和100Ω。銅電阻電阻溫度系數(shù)較大，

37、價(jià)格便宜，但電阻率低，體積大，熱慣性較大。銅電阻阻值-溫度關(guān)系(ITS-90)為：Rt= R0 [1+At+Bt(t-100)+ Ct2 (t-100)] 式中A=4.280×10-3(℃-1); B=-9.31×10-8(℃-2); C=1.23×10-9(℃-3)。銅熱電阻的允許誤差為：±(0.30+0.006|t|),(三)其他熱電阻,1、鎳熱電阻

38、特點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)較鉑大，約為鉑的1.5倍。在-50～150℃內(nèi)，其電阻與溫度關(guān)系為 Rt=100+0.5485t+0.665×10-3t2+2.805×10-9t4,2、半導(dǎo)體熱敏電阻,半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻值隨溫度呈指數(shù)變化。在許多場(chǎng)合下(-40~350℃)，它已經(jīng)取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。 電阻可以根據(jù)需要做成各種形狀，由于體積可以做得很小，熱慣性小，適合快速測(cè)溫；電阻溫度系數(shù)大，靈敏度較高；

39、電阻值高，在使用時(shí)連接導(dǎo)線電阻所引起的誤差可以忽略；功耗小，適于遠(yuǎn)距離的測(cè)量與控制。但它的穩(wěn)定性和互換性較差。 根據(jù)材料組成的不同，熱敏電阻的溫度特性也不一樣。按其溫度特性有負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC、正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC和臨界溫度熱敏電阻CTR。,二、熱電阻的結(jié)構(gòu),工業(yè)熱電阻的基本結(jié)構(gòu),直徑1 mm的銀絲或鍍銀銅絲,云母、石英或陶瓷塑料,雙線無感繞法,外接線路相連,電阻絲和電阻支架,三、熱電阻測(cè)溫線路,熱電阻溫度計(jì)的測(cè)量電路最常

40、用的是電橋電路，其測(cè)量原理圖如圖所示。圖中從熱電阻體的一端各引出一根連接導(dǎo)線，共兩根導(dǎo)線，這種方式稱為兩線制接法。將熱電阻及其連接導(dǎo)線作為電橋的一臂，利用該不平衡電橋?qū)犭娮枳柚缔D(zhuǎn)換為相應(yīng)的輸出電勢(shì)，再送入顯示(或控制)儀表G。,內(nèi)引線(白),內(nèi)引線(紅),熱電阻絲,E,(a)原理圖 (b) 內(nèi)部引線方式二線制接法引線方式,,,Rt,,G,R1,R2,R3,,,,,,,,,,,,,

41、,,,外接線端,,,內(nèi)焊接點(diǎn),,,,優(yōu)缺點(diǎn)？,三線制熱電阻引線方式及測(cè)溫電橋接法,(a) 內(nèi)部引線方式 ;(b) 接法一;(c) 接法二,優(yōu)缺點(diǎn)？,自熱效應(yīng)與電路設(shè)計(jì),四線制熱電阻引線方式及測(cè)溫電橋接法,(a) 內(nèi)部引線方式；(b) 測(cè)量橋路及其等效電路,優(yōu)缺點(diǎn),第四節(jié) 輻射溫度計(jì),任何物體，其溫度超過絕對(duì)零度，都會(huì)以電磁波的形式向周圍輻射能量。這種電磁波是由物體內(nèi)部帶電粒子在分子和原子內(nèi)振動(dòng)產(chǎn)生的，其中與物體本身溫度有關(guān)傳播熱能的那部

42、分輻射，稱為熱輻射。而把能對(duì)被測(cè)物體熱輻射能量進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而確定被測(cè)物體溫度的儀表，通稱為輻射式溫度計(jì)。輻射式溫度計(jì)的感溫元件不需和被測(cè)物體或被測(cè)介質(zhì)直接接觸。輻射測(cè)溫方法廣泛應(yīng)用于900℃以上的高溫區(qū)測(cè)量中，近年來隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，測(cè)溫的下限已下移到常溫區(qū)，大大擴(kuò)展了非接觸式測(cè)溫的使用范圍。,一、輻射測(cè)溫原理,(一)普朗克定律 普朗克定律闡明了絕對(duì)黑體的輻射強(qiáng)度E0l與溫度T及波長(zhǎng)l的關(guān)系：,式中l(wèi)—由物體發(fā)出的輻射波長(zhǎng)

43、，m； C1—普朗克第一輻射常數(shù)，為3.742×10-16W·m2； C2—普朗克第二輻射常數(shù)，1.438×10-2m·K； T—物體的絕對(duì)溫度，K。對(duì)于灰體，有El= e E0l， 其中0<e ≤1 為灰體的輻射率，或稱黑度系數(shù)。,(二)維恩公式,溫度在3000K以下，即C2/(lT) ??1時(shí)，普朗克公式可用如下的維恩公式代替：

44、,(三)斯忒潘—玻耳茲曼定律,單位時(shí)間內(nèi)單位表面積向其上的半球空間的所有方向輻射出去的全部波長(zhǎng)范圍內(nèi)的能量稱為輻射力(emissive power)，其單位為W／m2。斯忒潘—玻耳茲曼定律建立了物體總的輻射力E與熱力學(xué)溫度T間的定量關(guān)系，即：E=seT4式中 s— 斯忒藩-玻爾茲曼常數(shù)，即黑體輻射常數(shù)，其值為5.6697×10-8W?m-2?K-4 。,輻射測(cè)溫原理及有關(guān)問題,由上面有關(guān)公式可知，在一定波長(zhǎng)下，測(cè)量物體的

45、輻射強(qiáng)度，可推算出其溫度，這就是輻射溫度計(jì)測(cè)溫的基本原理。由測(cè)量原理可知，在輻射式測(cè)溫中必須解決以下三個(gè)基本問題：(1)怎樣測(cè)量輻射強(qiáng)度?(2)怎樣保證測(cè)量在一定波長(zhǎng)(單色光)下進(jìn)行?(3)測(cè)量結(jié)果中如何考慮輻射率ε的影響?,二、亮度高溫計(jì),依據(jù)物體光譜輻射出射度或輻射亮度和其溫度T的關(guān)系，可以測(cè)出物體的溫度。類型：光學(xué)高溫計(jì)；光電高溫計(jì)；硅輻射溫度計(jì)。,(一)亮度與亮度溫度,物體在高溫狀態(tài)下會(huì)發(fā)光，當(dāng)溫度高于700℃就會(huì)

46、明顯地發(fā)出可見光，具有一定的亮度。由維恩公式可知，絕對(duì)黑體在波長(zhǎng)l一定(通常選l =0.66μm)時(shí)，輻射強(qiáng)度El就只是溫度的單值函數(shù)了。因?yàn)楦魑矬w的發(fā)射率不同，即使它們的亮度相同，但實(shí)際溫度并不同。因此，按某物體溫度刻度的溫度計(jì)不能用來測(cè)量發(fā)射率不同的其他物體的溫度。為了解決上述問題，儀表將按黑體的溫度刻度，故引入亮度溫度TL的概念。,亮度溫度,若某物體的輻射亮度E(l,T)與溫度為TL的絕對(duì)黑體的亮度E0(l,TL)相等，則

47、稱TL為這個(gè)物體在波長(zhǎng)為l時(shí)的亮度溫度。 即E(l,T)= ?E0(l,T)= E0(l,TL) 從而可得被測(cè)物體實(shí)際溫度T和亮度溫度TL之間的關(guān)系：,亮度溫度總是低于真實(shí)溫度： TL <T 。,(二)光學(xué)高溫計(jì),特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，使用方便，適用于1000～3500K范圍的溫度測(cè)量，其精度通常為1.0級(jí)和l.5級(jí)，可滿足一般工業(yè)測(cè)量的精度要求。它被廣泛用于高溫熔體、高溫窯爐的溫度測(cè)量。用光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量被測(cè)物體的溫度時(shí)，讀

48、出的數(shù)值將不是該物體的實(shí)際溫度，而是這個(gè)物體此時(shí)相當(dāng)于絕對(duì)黑體的溫度，即所謂的“亮度溫度”。,光學(xué)高溫計(jì)通常采用0.66±0.01μm的單一波長(zhǎng)，將物體的光譜輻射亮度Ll 和標(biāo)準(zhǔn)光源的光譜輻射亮度進(jìn)行比較，確定待測(cè)物體的溫度。光學(xué)高溫計(jì)有三種形式：燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)恒定亮度式光學(xué)高溫計(jì)光電亮度式光學(xué)高溫計(jì),1、燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì),原理：由人眼對(duì)熱輻射體和高溫計(jì)燈泡在單一波長(zhǎng)附近的光譜范圍的輻射亮度進(jìn)行判斷，調(diào)節(jié)燈泡的

49、亮度使其在背景中隱滅或消失而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的。其原理示意圖及使用時(shí)燈絲亮度調(diào)整圖如下所示：,1-物鏡1;2-吸收玻璃;3-標(biāo)準(zhǔn)燈;4-目鏡;5-濾光片;6-毫伏表;7-滑線電阻器,(a)燈絲太暗；(b)燈絲太亮；(c)隱絲(正確),2、光電高溫計(jì),光學(xué)高溫計(jì)在測(cè)量物體溫度時(shí)，是由人的眼睛來判斷亮度平衡狀態(tài)，帶有測(cè)量人的主觀性，同時(shí)由于測(cè)量溫度是不連續(xù)的，使得難以做到被測(cè)溫度的自動(dòng)記錄。光電高溫計(jì)用光電器件作為敏感元件感受輻射源的

50、亮度變化，并將其轉(zhuǎn)換成與亮度成比例的電信號(hào)，再經(jīng)過電子放大器放大，最后輸出被測(cè)溫度值，并自動(dòng)記錄下來。由于反饋燈和光電器件的特性有較大的分散性，使器件互換性差，因此在更換反饋燈和光電池時(shí)需要重新進(jìn)行校準(zhǔn)和分度。,(a)工作原理示意圖 (b)光調(diào)制器光電高溫計(jì)工作原理圖 1-物鏡; 2-光柵; 3,5-孔; 4-光電器件; 6-遮光板;7-調(diào)制片;8-永久磁鋼;9-激磁繞組;10-透鏡;1

51、1-反射鏡;12-觀察孔;13-前置放大器;14-主放大鏡;15-反饋鏡;16-電子電位差計(jì);17-被測(cè)物體,光電高溫計(jì)與光學(xué)高溫計(jì)相比，主要優(yōu)點(diǎn)有：靈敏度高；精確度高；使用波長(zhǎng)范圍不受限制；光電探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間短；便于自動(dòng)測(cè)量與控制。,三、比色高溫計(jì),絕對(duì)黑體輻射的兩個(gè)波長(zhǎng)l1和l2的亮度比等于被測(cè)輻射體在相應(yīng)波長(zhǎng)下的亮度比時(shí)，絕對(duì)黑體的溫度就稱為這個(gè)被測(cè)輻射體的比色溫度。絕對(duì)黑體，對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)l1和l2的光譜輻射亮度

52、之比R，可用下式表示：,根據(jù)比色溫度的定義，應(yīng)用維恩公式，可導(dǎo)出物體的真實(shí)溫度T和其比色溫度TR的關(guān)系： 通常l1和l2為比色高溫計(jì)出廠時(shí)統(tǒng)一標(biāo)定的定值，由制造廠家選定。例如選0.8mm的紅光和lmm的紅外光。,比色法光學(xué)測(cè)溫的特點(diǎn),(1)由于光譜發(fā)射率與波長(zhǎng)的關(guān)系，比色溫度可以小于、等于或大于真實(shí)溫度。對(duì)于灰體，當(dāng)el1=el2≠1時(shí)，同樣可能出現(xiàn)T= TR，這是比色溫度計(jì)最大優(yōu)點(diǎn)。由此，波長(zhǎng)的選擇是決定該

53、儀表準(zhǔn)確度的重要因素。(2)中間介質(zhì)如水蒸氣，二氧化碳、塵埃等對(duì)l1和l2的單色輻射均有吸收，盡管吸收率不一定相同，但對(duì)單色輻射亮度的比值R的影響相對(duì)會(huì)減小。,與光譜輻射溫度計(jì)相比，比色高溫計(jì)的準(zhǔn)確度通常較高、更適合在煙霧、粉塵大等較惡劣環(huán)境下工作。,WDS-II光電比色高溫計(jì)原理圖1-物鏡組； 2-通孔成像鏡； 3-調(diào)制盤； 4-同步電機(jī)；5-硅光電池接收器； 6-目鏡； 7-倒像鏡； 8-反射鏡,比色式溫度傳感器溫

54、度非接觸測(cè)量中的應(yīng)用,比色式溫度傳感器采用比色式(雙波段)測(cè)溫原理實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)目標(biāo)的非接觸測(cè)溫，用戶不需知道物質(zhì)的發(fā)射率。它抗煙霧、水蒸氣和灰塵能力較強(qiáng)，不受窗口玻璃影響，能瞄準(zhǔn) ,測(cè)量小目標(biāo)，可不考慮距離系數(shù)，可以不完全被目標(biāo)充滿，不需調(diào)焦就可準(zhǔn)確測(cè)量。,,,比色溫度計(jì)適于環(huán)境條件惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中使用，如:煙霧、水蒸氣、灰塵比較嚴(yán)重的鋼鐵、焦化和爐窯等應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)。,四、輻射溫度計(jì),輻射溫度計(jì)是根據(jù)全輻射定律，基于被測(cè)物體的輻射熱效應(yīng)進(jìn)行工

55、作的。輻射溫度計(jì)由輻射敏感元件、光學(xué)系統(tǒng)、顯示儀表及輔助裝置等幾大部分組成。輻射溫度計(jì)與光學(xué)高溫計(jì)一樣是按絕對(duì)黑體進(jìn)行溫度分度的，因此用它測(cè)量非絕對(duì)黑體的具體物體溫度時(shí)，儀表上的溫度指示值將不是該物體的真實(shí)溫度，我們稱該溫度為此被測(cè)物體的輻射溫度。,輻射溫度計(jì)的敏感元件，分光電型與熱敏型兩大類。,全輻射高溫計(jì)原理圖1-物鏡；2-光欄；玻璃泡；4-熱電堆；5-灰色濾光片；6-目鏡；7-鉑箔；8-云母片；9-二次儀表,輻射高溫計(jì)光

56、學(xué)系統(tǒng)的作用是聚集被測(cè)物體的輻射能。其形式有透射型和反射型兩大類。輻射高溫計(jì)的測(cè)量?jī)x表按顯示方式可分為自動(dòng)平衡式、動(dòng)圈式和數(shù)字式三類。輻射高溫計(jì)的輔助裝置主要包括水冷卻和煙塵防護(hù)裝置。與光學(xué)高溫計(jì)相比較，輻射高溫計(jì)的測(cè)量誤差要大一些。,五、紅外測(cè)溫,(一)紅外溫度計(jì)對(duì)于波長(zhǎng)約在0.75~40μm的紅外光譜波段，熱輻射體發(fā)出的部分光譜波段的輻射通量與溫度之間的關(guān)系，仍然可依據(jù)普朗克定律確定?？梢酝ㄟ^光探測(cè)器或熱探測(cè)器測(cè)量輻射通

57、量進(jìn)而確定熱輻射體的溫度。利用紅外輻射測(cè)定溫度的方法，將非接觸式測(cè)溫向低溫方向延伸，低溫區(qū)已至-50℃，高溫區(qū)達(dá)3000℃。它由紅外探測(cè)器和顯示儀表兩大部分組成，其結(jié)構(gòu)與比色溫度計(jì)基本相同。,紅外測(cè)溫,紅外輻射紅外輻射俗稱紅外線，它是一種人眼看不見的光線。紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，紅外輻射的能量就越強(qiáng)。,紅外測(cè)溫的特點(diǎn)非接觸測(cè)溫；反應(yīng)速度快；靈敏度高；準(zhǔn)確度較高；范圍廣泛。,紅外測(cè)溫

58、原理 全輻射測(cè)溫是測(cè)量物體所輻射出來的全波段輻射能量來決定物體的溫度。它是斯蒂芬—玻爾茲曼定律的應(yīng)用。,紅外輻射測(cè)溫儀結(jié)構(gòu)原理,紅外溫度計(jì),,,(二)紅外熱像儀,熱像儀是利用紅外探測(cè)器按順序直接測(cè)量物體各部分發(fā)射出的紅外輻射，綜合起來就得到物體發(fā)射紅外輻射通量的分布圖像，這種圖像稱為熱像圖。由于熱像圖本身包含了被測(cè)物體的溫度信息，也稱溫度圖。熱像儀通常用于面積大且溫度分布不均勻的被測(cè)對(duì)象，欲求其整個(gè)面積的平均

59、溫度或表面溫場(chǎng)隨時(shí)間的變化；在有限的區(qū)域內(nèi)，尋找過熱點(diǎn)或過熱區(qū)域的情況。,掃描熱像儀原理示意圖,第五節(jié) 測(cè)溫儀表的選擇及安裝,一、溫度計(jì)的選擇原則 (1)滿足生產(chǎn)工藝對(duì)測(cè)溫提出的要求；(2)組成測(cè)溫系統(tǒng)的各基本環(huán)節(jié)必須配套；(3)注意儀表工作的環(huán)境；(4)投資少且管理維護(hù)方便。,二、接觸式測(cè)溫元件的選型,一般根據(jù)溫度、氣氛來選：一般在t<500℃的中、低溫區(qū)用得較多的是熱電阻或熱敏電阻，在t?500℃高溫區(qū)在線

60、檢測(cè)中選用較多的是熱電偶；在-200～300℃時(shí)可選用T型或選用E型熱電偶;當(dāng)上限溫度<1000℃，可優(yōu)先選K型熱電偶;當(dāng)測(cè)溫范圍為1000～1400℃時(shí)，可選S或R型熱電偶; 當(dāng)測(cè)溫范圍為1400～1800℃時(shí)，應(yīng)選B型熱電偶;當(dāng)測(cè)溫上限大于1800℃，應(yīng)考慮選用非標(biāo)準(zhǔn)的鎢錸系列熱電偶。,三、非接觸式測(cè)溫元件的選型,在同一溫度下，從儀表的靈敏度上講，光學(xué)高溫計(jì)的靈敏度最高；比色溫度計(jì)次之；輻射溫度計(jì)差一些。故國(guó)際溫

61、標(biāo)以基準(zhǔn)光學(xué)(光電)高溫計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。測(cè)量誤差上來講，隨著溫度升高，TR、TL的相對(duì)誤差也增大，而TP的相對(duì)誤差維持不變；對(duì)于發(fā)射率低的物體，其TP與真實(shí)溫度相差較大，而比色溫度TR的差別最小。中間介質(zhì)對(duì)輻射溫度計(jì)測(cè)量結(jié)果的影響最大，光學(xué)高溫計(jì)次之，比色溫度計(jì)最小。,四、感溫元件的安裝要求,(1)正確選擇測(cè)溫點(diǎn)；(2)避免熱輻射等引起的誤差；(3)防止引入干擾信號(hào)；(4)確保安全可靠。,五、布線要求,(1)熱電偶溫度計(jì)應(yīng)按

62、規(guī)定型號(hào)配用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線，正、負(fù)極不要接錯(cuò)。 (2)熱電阻應(yīng)采用三線制接法與顯示儀表相接。 (3)導(dǎo)線應(yīng)有良好的絕緣，信號(hào)導(dǎo)線不能與交直流電源輸電線合用一根穿線管。,,,第六節(jié) 新型溫度傳感器,一、熱流計(jì)熱流計(jì)由帶有熱電堆(若干個(gè)熱電偶串聯(lián))的薄片制成，用于設(shè)備散熱損失的測(cè)試。測(cè)試時(shí)，將測(cè)頭貼附于壁的表面上，如圖所示，其輸出電勢(shì)E與熱流q成正比關(guān)系：q=CE,式中C是熱流計(jì)靈敏度系數(shù)，與熱電極材料、熱電偶數(shù)目以及熱流測(cè)

63、頭導(dǎo)熱材料等有關(guān)。,,,,,,,,,,,,,,,,E,123,,q,,,,1-被測(cè)表面;2-熱電堆3-熱流測(cè)頭,二、光纖光柵溫度傳感器,光纖傳感器是一種將被測(cè)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)的光信號(hào)的裝置，具有靈敏度高，抗電磁干擾，耐高溫、耐腐蝕，體積小、重量輕等特點(diǎn)。作為功能型光纖傳感器中的一種新型傳感器，光纖光柵制作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、體積小、抗電磁干擾、使用靈活、易于同光纖集成及可構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來被廣泛應(yīng)用于光傳感領(lǐng)域。光纖光柵傳感

64、器可以檢測(cè)的物理量很多，包括溫度、壓力、應(yīng)變、應(yīng)力、位移、扭角、扭應(yīng)力、加速度、電流、電壓、磁場(chǎng)、頻率及濃度等，應(yīng)用前景很好。,(一)光纖光柵結(jié)構(gòu)與工作機(jī)理,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：光纖光柵傳感器所用光纖與普通通訊用光纖基本相同，一般由纖芯、包層、涂覆層和護(hù)套組成。光纖芯的主要成分為摻鍺二氧化硅，用以提高纖芯的折射率，與包層形成全內(nèi)反射條件將光限制在纖芯中。單模光纖其纖芯直徑為9μm，包層主要成分也為摻鍺二氧化硅，直徑為125μm。涂覆層一般為環(huán)氧樹

65、脂、硅橡膠等高分子材料，外徑為250μm，以增強(qiáng)光纖的柔韌性、機(jī)械強(qiáng)度和耐老化特性。,光纖結(jié)構(gòu)示意圖,工作原理,圖中輸入光為寬光源，在光纖纖芯傳播，將在每個(gè)光柵面處發(fā)生散射，當(dāng)滿足布拉格條件時(shí)，每個(gè)光柵平面反射回來的光逐步累加，最后形成一個(gè)反射峰，反射光為窄帶光信號(hào)，其中心波長(zhǎng)lB(Bragg波長(zhǎng))隨光纖芯的有效折射率n和光柵周期Λ變化而變化，即：lB = 2nΛ,(二)光纖布拉格光柵傳感原理與溫度檢測(cè),光纖光柵的Bragg波長(zhǎng)對(duì)

66、溫度變化ΔT和縱向應(yīng)變?chǔ)藕苊舾校潢P(guān)系為:,光纖布拉格光柵傳感原理與溫度檢測(cè),由上可知，光纖受外界應(yīng)變和溫度影響將通過彈光效應(yīng)和熱光效應(yīng)影響n；通過光纖長(zhǎng)度變化和熱膨脹影響Λ，從而引起中心波長(zhǎng)lB的改變。光纖光柵傳感器原理：利用光纖光柵有效折射率n和周期Λ的空間變化對(duì)外界參量(如溫度、應(yīng)變等)的敏感特性，將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化為Bragg波長(zhǎng)的漂移，再通過檢測(cè)該波長(zhǎng)的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。,三、集成電路溫度傳感器,集成溫度傳感器(溫度IC)

67、將溫度敏感元件和放大、運(yùn)算和補(bǔ)償?shù)入娐凡捎梦㈦娮蛹夹g(shù)和集成工藝集成在一片芯片上，從而構(gòu)成集測(cè)量、放大、電源供電回路于一體的高性能的測(cè)溫傳感器。它采用PN結(jié)作為感溫元件，利用的是晶體管結(jié)電壓Ube隨溫度改變的原理。AD590集成電路溫度傳感器就是典型的一種，以下以AD590為例進(jìn)行講解 。,,AD590測(cè)溫原理,AD590采用一對(duì)非常匹配的差分對(duì)管作為溫度敏感元件，兩管的結(jié)電壓差?Ube(T)為：,AD590原理電路圖,式中k—波爾茨

68、曼常數(shù)； q—電子的電荷量； ?—V1與V2的發(fā)射極面積比例因子，是由結(jié)構(gòu)決定的系數(shù)；電流I1與I2由恒流源提供。,AD590的測(cè)溫電路,再通過轉(zhuǎn)化電路，將溫度變化轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)Io(溫度靈敏系數(shù)為1μA/K)輸出。測(cè)量時(shí)，將AD590接入電路中即可測(cè)量出溫度，下圖給出的為用測(cè)絕對(duì)溫度T或攝氏溫度t時(shí)的電路。,AD590,,,,,,,,,4~30V,Uo(0.001T),910W,220W,,RL1

69、kW,+-,,20kW4.7kW,,+6V,AD590,,,,-6V,,,,,,,,Uo(=0.1t),,,20kW,100kW,,,,,,,Io-273,273mA,Io,-+,Io,,- +,(a),(a)測(cè)絕對(duì)溫度；(b)測(cè)攝氏溫度,(b),第七節(jié) 工業(yè)特殊測(cè)溫技術(shù),一、高溫金屬熔體的溫度測(cè)量高溫金屬熔體溫度測(cè)量分為兩種方式，一種是連續(xù)測(cè)溫，另一種是間斷測(cè)量。在高溫熔體中進(jìn)行連續(xù)溫度檢測(cè)，由于熔體溫度